Химические элементы, в том числе все основные элементы протоплазмы, обычно циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называются биогеохимическими круговоротами. Движение необходимых для жизни элементов й неорганических соединений можно назвать круговоротом питательных веществ. В каждом круговороте удобно различать две части, или два «фонда»: 1) резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном не связанных с организмами, 2) обменный фонд — меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением. Если иметь в виду биосферу в целом, то биогеохимические круговороты можно подразделить на два основных типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.[ ...]
Как подчеркивалось в гл. 2, разд. 2, экологам следует изучать не только организмы и их связи со средой, но и основные свойства неживой среды в их связи с организмами. Известно, что из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, 30—40 требуются живым организмам. Некоторые элементы, такие, как углерод, водород, кислород и азот, требуются в больших количествах; другие нужны в малых или даже в минимальных количествах. Какова бы ни была потребность в них, необходимые живым организмам элементы (как, впрочем, и другие элементы) участвуют в биогеохимических круговоротах.[ ...]
Как указывает Хатчинсон (1948а), человек уникален не только тем, что его организм нуждается в 40 различных элементах, но и тем, что в своей сложной деятельности он использует все прочие элементы, причем наряду с природными и многие искусственно созданные вещества. В результате деятельности человека движение многих веществ ускоряется настолько, что круговороты становятся несовершенными, а процессы «ациклическими», так что сам человек все больше страдает от сложившейся противоестественной ситуации: в одних местах возникает нехватка, я в других — избыток каких-то веществ. Например, мы добываем и перерабатываем фосфорсодержащие породы так неосторожно, что отходы производства создают вблизи шахт и заводов сильнейшее местное загрязнение. Кроме того, с такой же крайней близорукостью мы применяем все больше и больше фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, никак не контролируя при этом неизбежное увеличение выноса фосфатов, который сильно вредит нашим водоемам и ухудшает качество воды, вызывая сильную эвтрофикацию (определение этого термина см. в гл. 2, разд. 1). Несомненно, что человека можно рассматривать как мощный геологический фактор.[ ...]
Обобщая, можно сказать, что усилия по охране природных ресурсов в конечном счете направлены на то, чтобы превратить ациклические процессы в циклические. Основной целью в этой связи должно стать «возвращение веществ в круговорот», обеспечивающее их повторное использование. Начать можно было бы с воды, так как, если мы научимся восстанавливать и поддерживать круговорот воды, мы сумеем взять под контроль и те питательные вещества, которые дзижутся вместе с водой. Подробнее об этом — в гл. 16 и 21.[ ...]
Для иллюстрации принципа круговорота достаточно трех примеров. Круговорот азота (фиг. 33) — пример очень сложного круговорота газообразных веществ; круговорот фосфора (фиг. 34) — пример более простого, возможно, менее совершенного осадочного цикла. Как будет показано в гл. 5, азот и фосфор — это два элемента, которые часто являются важными факторами, лимитирующими или контролирующими количество организмов, поэтому их много и подробно изучали. Круговорот серы (фиг. 35) — удачный пример для иллюстрации связи между воздухом, водой и земной корой. Круговороты серы и азота иллюстрируют ключевую роль микроорганизмов, а также роль нарушений, связанных с промышленным загрязнением воздуха.[ ...]
Круговорот азота — пример относительно совершенного саморегулирующегося цикла с большим резервным фондом в атмосфере. А. Циркуляция азота между макроорганнзмами и окружающей средой при участии микроорганизмов, ответственных за ряд ключевых этапов Б. Те же основ ные этапы, но расположенные таким образом, что соединения, богатые энергией, находятся вверху; это позволяет сразу отличить этапы, требующие затраты энергии, от процессов, протекающих с высвобождением энергии.[ ...]
Фосфор — элемент относительно редкий по сравнению с азотом. Отношение Р:Ы в природных водах составляет около 1:23 (Хатчинсон, 1944а) Химическую эрозию в США оценивают величиной 34 т на I км3 в год. После возделывания целинных земель Среднего Запада на протяжении 50 лет содержание в них РЮв уменьшилось на 36% (Кларке, 1924). Как видно из схемы, возвращение фосфора в почву не компенсировало его потерь, связанных с отложением фосфатов в глубоководных осадках.[ ...]
Симбиотические клубеньковые бактерии бобовых растений — Rhizobium (фиг. 36).[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Биогеохимический круговорот (заштрихованное кольцо) на фоне упрощен ной схемы потока энергии (Ю. Одум, 1963). |
 |
| Два способа изображения биогеохимического круговорота азота. |
 |
| Круговорот фосфора. |
|
| Круговорот серы. |
 |
| Корневые клубеньки бобового растения. |
 |